Bevezetés
Ebben a témakörben a forráspont meghatározásának módszerét találja, amely folyékony reagensek értékeléséhez használható. Ha egy idegen folyékony reagenshez jut, megmérheti a forráspontot, és összehasonlíthatja az eredményét a kiválasztott vegyület irodalmi adataival.
Egy vegyület forráspontja az a hőmérséklet, ahol a folyadék-gáz fázisváltás bekövetkezik. Szakszerűbben fogalmazva, ez az a hőmérséklet, amikor a folyadék gőznyomása megegyezik az alkalmazott nyomással (jellemzően a légköri nyomással). A forráspontok nagyon érzékenyek az alkalmazott nyomás változásaira, ezért minden forráspontot a mért nyomással együtt kell megadni. Egy vegyület "normál forráspontja" a 760 mm Hg nyomáson mért forráspontját jelenti.
Egy vegyület forráspontja az olvadásponthoz hasonlóan fizikai állandó, így felhasználható egy vegyület azonosításának alátámasztására. Az olvadásponttal ellentétben azonban a forráspontot általában nem használják a tisztaság mérésére. A tisztátalan folyadékok valóban forrnak egy bizonyos hőmérséklet-tartományban (hasonlóan ahhoz, ahogyan az olvadáspontok is szélesek), de a hőmérsékleti tartomány nem korrelál jól a tisztasággal. Így egy vegyület forráspontjának mérése elsősorban a vegyület azonosításának támogatására szolgál.
A kísérleti forráspontot gyakran összehasonlítják az irodalmi forrásponttal, amelyet jellemzően 1 atmoszféra nyomáson adnak meg. Ha a forráspontot az 1 atmoszférától jelentősen eltérő nyomáson határozzák meg, a nyomást korrigálni kell. Általános ökölszabály, hogy az egy atmoszférától 10 %-kal kisebb nyomás esetén 10 mm Hg nyomáscsökkenés a forráspont 0,3-0,5 °C-os csökkenését eredményezi. Egy másik ökölszabály szerint a nyomás minden felére csökken a forráspont kb. 10 °C-kal.
A minta forráspontját többféle módszerrel is meg lehet határozni, többek között desztillációval, refluxszal és Thiele-csővel. Alegegyszerűbb módszer Thiele-csövet használ, és előnye, hogy kevesebb mint 0,5 ml anyagot használ fel.
Egy vegyület forráspontja az a hőmérséklet, ahol a folyadék-gáz fázisváltás bekövetkezik. Szakszerűbben fogalmazva, ez az a hőmérséklet, amikor a folyadék gőznyomása megegyezik az alkalmazott nyomással (jellemzően a légköri nyomással). A forráspontok nagyon érzékenyek az alkalmazott nyomás változásaira, ezért minden forráspontot a mért nyomással együtt kell megadni. Egy vegyület "normál forráspontja" a 760 mm Hg nyomáson mért forráspontját jelenti.
Egy vegyület forráspontja az olvadásponthoz hasonlóan fizikai állandó, így felhasználható egy vegyület azonosításának alátámasztására. Az olvadásponttal ellentétben azonban a forráspontot általában nem használják a tisztaság mérésére. A tisztátalan folyadékok valóban forrnak egy bizonyos hőmérséklet-tartományban (hasonlóan ahhoz, ahogyan az olvadáspontok is szélesek), de a hőmérsékleti tartomány nem korrelál jól a tisztasággal. Így egy vegyület forráspontjának mérése elsősorban a vegyület azonosításának támogatására szolgál.
A kísérleti forráspontot gyakran összehasonlítják az irodalmi forrásponttal, amelyet jellemzően 1 atmoszféra nyomáson adnak meg. Ha a forráspontot az 1 atmoszférától jelentősen eltérő nyomáson határozzák meg, a nyomást korrigálni kell. Általános ökölszabály, hogy az egy atmoszférától 10 %-kal kisebb nyomás esetén 10 mm Hg nyomáscsökkenés a forráspont 0,3-0,5 °C-os csökkenését eredményezi. Egy másik ökölszabály szerint a nyomás minden felére csökken a forráspont kb. 10 °C-kal.
A minta forráspontját többféle módszerrel is meg lehet határozni, többek között desztillációval, refluxszal és Thiele-csővel. Alegegyszerűbb módszer Thiele-csövet használ, és előnye, hogy kevesebb mint 0,5 ml anyagot használ fel.
Desztillációs módszer
A desztillációnálegyszerűbb módszerek is léteznek egy vegyület forráspontjának mérésére, és ajánlott más lehetőségeket (pl. Thiele-cső) is megvizsgálni, ha csak ez a cél. Ha azonban az anyagok korlátozottak, vagy ha mindenképpen tisztítást tervezünk, desztillációval is meghatározható a vegyület forráspontja.
A legtöbb helyzetben elegendő egy egyszerű desztilláció (1. ábra), és a desztilláló lombikban legalább 5 ml mintát kell használni néhány forrázó kővel vagy keverőpálcával együtt. Mivel az anyag nagy része desztillálódik, a hőmérőn feljegyzett legmagasabb hőmérséklet megfelel a forráspontnak. A módszer egyik fő hibaforrása a túl alacsony hőmérséklet rögzítése, mielőtt a forró gőzök teljesen elmerítik a hőmérő izzóját. Ügyeljen arra, hogy a hőmérőt rendszeresen ellenőrizze, különösen akkor, amikor a desztilláció aktív. A forráspont mellett jegyezze fel a barometrikus nyomást is.
A legtöbb helyzetben elegendő egy egyszerű desztilláció (1. ábra), és a desztilláló lombikban legalább 5 ml mintát kell használni néhány forrázó kővel vagy keverőpálcával együtt. Mivel az anyag nagy része desztillálódik, a hőmérőn feljegyzett legmagasabb hőmérséklet megfelel a forráspontnak. A módszer egyik fő hibaforrása a túl alacsony hőmérséklet rögzítése, mielőtt a forró gőzök teljesen elmerítik a hőmérő izzóját. Ügyeljen arra, hogy a hőmérőt rendszeresen ellenőrizze, különösen akkor, amikor a desztilláció aktív. A forráspont mellett jegyezze fel a barometrikus nyomást is.
Reflux módszer
A vegyület forráspontjának meghatározásához refluxos elrendezés is használható. Refluxról akkor beszélünk, amikor egy folyadék aktívan forr és kondenzálódik, a kondenzált folyadék pedig visszatér az eredeti lombikba. Ezanalóg a desztillációs elrendezéssel, a fő különbség a kondenzátor függőleges elhelyezése.
2. ábra: a) Reflux beállítás, b) A digitális hőmérő behelyezése a kondenzátorba, c) A hőmérő elhelyezése, d) A beállítás hűtése.
Ha az anyagok rendelkezésre állnak, a legjobb reflux beállítás ehhez az alkalmazáshoz a 2b . ábrán látható, és egy mikroméretű kondenzátort és digitális hőmérőt használ. A beállítás 5 mL folyadékot és néhány forráskövet vagy keverőpálcát használ. A kondenzátor a kerek aljú lombikhoz van csatlakoztatva, az alsó víztömlő a vízcsaphoz csatlakozik, a felső víztömlő pedig a mosogatóba folyik. Fontos ellenőrizni, hogy a lombikot és a kondenzátort összekötő kötés biztonságosan rögzítve legyen. A folyadékot homokfürdőn forraljuk fel, és a hőmérőt mélyen helyezzük a készülékbe (2c. ábra) úgy, hogy az alsó hüvelyk a forrásban lévő folyadék és a kondenzátor alja között legyen. Ebben a helyzetben a hőmérő pontosan tudja mérni a forró gőzöket, és a hőmérséklet a vegyület forráspontjánál stabilizálódik.
A forráspont mellett a barometrikus nyomást is feljegyezzük.
Bár bölcs dolognak tűnhet a hőmérőt közvetlenül a forrásban lévő folyadékba meríteni, lehetséges, hogy a folyadék túlhevült, vagyis forróbb, mint a forráspontja. A forráspont meghatározása után a lombikot ki kell emelni a homokfürdőből (2d. ábra), hogy lehűljön, és a kondenzátort addig kell működtetni, amíg a lombik csak érintésre meleg. Ezen a ponton a berendezés szétszerelhető.
Ha nem áll rendelkezésre mikroméretű kondenzátor, akkor a 3. ábrán látható alternatív reflux módszer is alkalmazható. Nagyjából 5 ml mintát helyezünk egy közepes méretű kémcsőbe (18 x 150 mm), amelybe a hőmérőt úgy szorítjuk be, hogy az ne érjen az üveg oldalához. A készüléket óvatosan melegítjük homokfürdőn úgy, hogy a reflux szabályozhatóan történjen, és a gőzök ne távozzanak a csőből. A reflux során a hőmérséklet végül stabilizálódik (ez némi időt vesz igénybe), és a feljegyzett legmagasabb hőmérséklet megfelel a vegyület forráspontjának. Az ezzel a módszerrel mért forráspontok jelentős hibát tartalmazhatnak, ha a forráspont nagyon alacsony vagy magas (<70 °C vagy >150 °C), mivel az alacsony forráspontú vegyületek túl könnyen elforrnak, a magas forráspontú vegyületek pedig hajlamosak túl könnyen lehűlni.
A forráspont mellett a barometrikus nyomást is feljegyezzük.
Bár bölcs dolognak tűnhet a hőmérőt közvetlenül a forrásban lévő folyadékba meríteni, lehetséges, hogy a folyadék túlhevült, vagyis forróbb, mint a forráspontja. A forráspont meghatározása után a lombikot ki kell emelni a homokfürdőből (2d. ábra), hogy lehűljön, és a kondenzátort addig kell működtetni, amíg a lombik csak érintésre meleg. Ezen a ponton a berendezés szétszerelhető.
Ha nem áll rendelkezésre mikroméretű kondenzátor, akkor a 3. ábrán látható alternatív reflux módszer is alkalmazható. Nagyjából 5 ml mintát helyezünk egy közepes méretű kémcsőbe (18 x 150 mm), amelybe a hőmérőt úgy szorítjuk be, hogy az ne érjen az üveg oldalához. A készüléket óvatosan melegítjük homokfürdőn úgy, hogy a reflux szabályozhatóan történjen, és a gőzök ne távozzanak a csőből. A reflux során a hőmérséklet végül stabilizálódik (ez némi időt vesz igénybe), és a feljegyzett legmagasabb hőmérséklet megfelel a vegyület forráspontjának. Az ezzel a módszerrel mért forráspontok jelentős hibát tartalmazhatnak, ha a forráspont nagyon alacsony vagy magas (<70 °C vagy >150 °C), mivel az alacsony forráspontú vegyületek túl könnyen elforrnak, a magas forráspontú vegyületek pedig hajlamosak túl könnyen lehűlni.
Thiele-cső módszer
Thiele-cső elméletA Thiele-csöves módszer az egyik legegyszerűbb módszer egy vegyület forráspontjának meghatározására, és előnye, hogy kis mennyiségű anyagot használ (kevesebb mint 0,5 ml minta). A mintát egy kis csőbe helyezzük egy fordított kapilláriscsővel együtt. A berendezést egy hőmérőhöz (5. ábra) csatlakoztatjuk, és egy Thiele-csőben (4. ábra) a vegyület forráspontjánál valamivel magasabbra melegítjük (amit a kapilláriscsőből kilépő folyamatos buborékáramlás jelez). Ezután a csövet hagyjuk lehűlni, és abban a pillanatban, amikor folyadékot szívunk a kapilláriscsőbe, a hőmérséklet a vegyület forráspontja.
ábra: Thiele-cső készülék
Ez a módszer a forráspont definícióját használja: az a hőmérséklet, ahol a vegyület gőznyomása megegyezik az alkalmazott (légköri) nyomással. A fordított kapilláriscső tartályként működik, amely a vegyület gőzét csapdába ejti. A készülék melegítésekor a kezdetben a kapilláriscsőbe zárt levegő kitágul, és buborékok lépnek ki a csőből (5. ábra b). További melegítéssel a vegyület gőzei végül kiszorítják az összes csapdába esett levegőt, ezért addig melegítjük, amíg folyamatos buborékáramlás nem jelentkezik.
Amikor a készüléket lehűtjük, a kapilláriscsőben lévő nyomás (kizárólag a vegyület gőzei miatt) végül eléri a légköri nyomást, ekkor a buborékok lassulnak, és a csőbe folyadék kerül. Az a hőmérséklet, ahol ez elkezdődik, a vegyület forráspontja (5. ábra d).
Amikor a készüléket lehűtjük, a kapilláriscsőben lévő nyomás (kizárólag a vegyület gőzei miatt) végül eléri a légköri nyomást, ekkor a buborékok lassulnak, és a csőbe folyadék kerül. Az a hőmérséklet, ahol ez elkezdődik, a vegyület forráspontja (5. ábra d).
5. ábra: Forráspont-meghatározás: a) Kezdeti beállítás, b) A forráspont feletti felmelegítés után, c) Hűtés, d) A folyadék éppen belép a kapilláriscsőbe (a hőmérséklet a forráspont), e) A folyadék a kapilláriscsőben van (a hőmérséklet alacsonyabb, mint a forráspont).
Thiele-csöves eljárás
6. ábra: a) Thiele-cső, az olaj minimális magasságát jelző nyíllal, b) A hőmérőhöz gumiszalaggal rögzített cső, c) A minta hozzáadása, d) A kapilláriscső behelyezése.
- Szerezzen be egy Thiele-csövet, és rögzítse azt egy gyűrűs állványra a füstgázszekrényben (6a. ábra). A cső általában tiszta ásványolajjal van töltve, de előfordulhat, hogy oxidációtól vagy kiömlött vegyületektől besötétedett. Ha az olaj egészen sötét, ki kell cserélni. Az olajat legalább 1 cm-rel a felső háromszög alakú kar fölé kell tölteni (a megfelelő olajszintet a 6a. ábra jelzi), ha túl alacsony, az olaj nem kering a szükséges mértékben (7c. ábra).
- Helyezzen egy hőmérőt egy egylyukú gumidugóba, amelynek egyik oldalán rés van. A hőmérőhöz egy kis üvegfiolát ("Durham-cső" vagy 6 x 50 mm-es tenyésztőcső) rögzítsünk egy kis gumiszalaggal (6b. ábra). Azüveg aljának egy szintben kell lennie a hőmérő aljával.
- Töltse az injekciós üveget körülbelül félig tele mintával, amihez 0,25-0,5 ml minta szükséges (6c. ábra).
- Helyezzen a mintába egy kapilláris csövet (ugyanazt a típust, amelyet az olvadáspontok méréséhez használunk), nyitott végével lefelé és lezárt végével felfelé (6d. ábra).
A-D: A kapilláriscső behelyezését és melegítését bemutató sorozat a Thiele-csőben lévő hőmérővel.
7. ábra: a) A szerelvény behelyezése a Thiele-csőbe, b) A gumiszalag az olaj felett van, c) Melegítés, d) A minta erőteljes buborékolása.
- Helyezze a gumidugót és a hőmérő egységet a Thiele-csőbe, úgy állítva be a magasságot, hogy a minta (ha lehetséges) középen legyen a csőben (7a. ábra). A gumiszalagnak magasabban kell lennie, mint az ásványolaj teteje (7b. ábra), szem előtt tartva, hogy az olaj a melegítés során némileg kitágulhat. A hőmérő nem érhet az üveg oldalához, és ha mégis, akkor úgy kell rögzíteni, hogy ne érjen hozzá.
- A Thiele-cső oldalkarján óvatosan melegítse az olajat mikroégővel, ha van, vagy Bunsen-égővel, előre-hátra mozgatással (7c. ábra). Ahogy az olaj felmelegszik és kevésbé sűrűvé válik, felemelkedik és felfelé halad a cső háromszög alakú részén. A hűvösebb, sűrűbb olaj süllyedni fog, ezáltal áramot hozva létre, amint az a 7c. ábrán látható). Ez a módszer kiváló módszer a minta közvetett és lassú felmelegítésére.
- Bár a Thiele-csőben melegedés közben nem szabad buborékokat látni, ezek gyakran megjelennek, ha a csövet korábban forráspont-meghatározásra használták. Ennél a módszernél a gumiszalag időnként elszakad, ami miatt a minta az olajba esik, és szennyezi azt. Ha az olajat ezt követően nem cserélik ki, a minta a csőben történő melegítéskor felforrhat. AThiele-csövet nyugodtan tovább lehet melegíteni, ha buborékokat látunk.
- Amódszerrel kapcsolatos vizsgálatok megállapították, hogy a legjobb, ha az olajat óvatosan és folyamatosan melegítjük, mivel a leállítás és az indítás az eredmények romlását okozta.
- Folytassa a fűtést addig, amíg a kapilláriscső hegyéből erőteljes buborékáramlás nem tör elő (7d. ábra), úgy, hogy az egyes buborékok alig különböztethetők meg. Ennek a lépésnek az a célja, hogy a kapilláriscsőben eredetileg jelen lévő levegőt kiszorítsa, és a minta gőzével helyettesítse. Ne melegítse olyan erősen, hogy a teljes minta elforrjon. Amikor abuborékok erőteljesen kilépnek a kapilláriscsőből, a gőznyomás a csőben nagyobb, mint a légköri nyomás (az olaj a forráspontnál magasabb hőmérsékleten van).
- Kapcsolja ki az égőt, és hagyja a készüléket kihűlni. A buborékok lassulni fognak, és végül megszűnnek. Egy bizonyos ponton a gőznyomás a kapilláris csőben eléri a légköri nyomást, és a csőbe folyadék kerül. A forráspontot úgy kell feljegyezni, mint azt a hőmérsékletet, amikor a folyadék éppen kezd belépni a kapilláriscsőbe (8b. ábra).
ábra: A folyadék időbeli belépése a kapilláriscsőbe. A forráspontot úgy kell feljegyezni, mint a hőmérsékletet, amikor b)
- Aforráspont mellett jegyezze fel a légköri nyomást is.
Forráspont-meghatározási videokézikönyv
Last edited:
